Machines à froid et pompes à chaleur. De la théorie à la pratique

Alors que de nombreux domaines du génie énergétique relèvent à la fois de la mécanique des fluides et de la thermodynamique, ces deux matières sont généralement enseignées séparément et de manière tout à fait déconnectée. A contrario, dans un souci d'efficacité, cet ouvrage pédagogique propose une présentation mêlant intimement les deux disciplines. Une partie importante du livre est consacrée à la connaissance des milieux fluides, à leur nature, à leurs états (liquide ou gazeux) et à leurs évolutions lors des écoulements ou de leurs transformations thermodynamiques. Ces aspects faisant naturellement appel aux diverses lois de bilans, ainsi qu'aux principes de la thermodynamique, des chapitres spécifiques leur sont consacrés. En complément et bien qu'apparaissant quelque peu en marge de ces analyses, mais nécessaire à la compréhension de certaines machines thermiques, un chapitre est dédié à l'étude pratique de la combustion. Enfin, dans le dernier tiers de l'ouvrage consacré aux applications sont analysés, d'une part le fonctionnement des machines hydrauliques et de compression ou détente des gaz, et d'autre part celui des moteurs thermiques et des machines frigorifiques.

L'ouvrage propose des rappels de cours et des exercices et problèmes corrigés résolument orientés vers les applications aux systèmes énergétiques. Les premiers chapitres portent sur les principes de la thermodynamique et les transformations de base mettant en oeuvre les fonctions d'état et les échanges énergétiques. Ils concernent également les caractéristiques théoriques ou réelles des fluides avec les évolutions associées. Les chapitres suivants traitent de deux aspects particuliers : celui de l'air humide (en vue du traitement de l'air et de la climatisation) et celui de l'énergétique de la combustion. Enfin un important chapitre développe des problèmes de synthèse ciblés sur des applications techniques : procédés industriels, générateurs de vapeur, moteurs alternatifs à combustion interne, turbines à gaz, turboréacteurs, chauffage et climatisation. Dans un but pédagogique, l'utilisation des tables et des diagrammes thermodynamiques est préférée aux traitements informatisés.

Une approche théorique approfondie des différents transferts de quantité de mouvement, d'énergie et de matière par les processus diffusifs, convectifs et ondulatoires, ainsi que leur couplage, illustrée par quelques applications sous forme d'exercices corrigés

L'ouvrage propose un vaste choix de problèmes typiques portant sur des machines couramment employées dans les secteurs de l'énergie. Afin d'en faciliter la compréhension, les solutions détaillées sont précédées dans chaque chapitre par des rappels de cours. Quelles que soient les machines considérées, leur fonctionnement est basé sur l'évolution énergétique du fluide, compressible ou incompressible, qui les traverse. Ainsi, deux chapitres sont d'abord consacrés à des rappels et problèmes concernant, d'une part, les bases de la mécanique des fluides, et d'autre part, les principes de la thermodynamique et le comportement des gaz. Deux autres chapitres qui ont également un caractère général concernent l'analyse dimensionnelle et la similitude, puis les écoulements en conduite. Un important chapitre traite des turbomachines hydrauliques, (pompes centrifuges et axiales, turbines hélico-centrifuges, axiales et du type Pelton), de leurs caractéristiques géométriques et de leur implantation sur des réseaux. Trois chapitres sont consacrés aux machines à fluides compressibles. L'un d'eux concerne les compresseurs volumétriques (alternatifs et rotatifs). Un autre aborde les moteurs alternatifs à combustion interne, à allumage commandé ou diesel et traite la problématique de la combustion. Enfin le dernier chapitre est relatif aux turbomachines à fluides compressibles (compresseurs centrifuges et axiaux multi-étagés, turbines à vapeur, turbines à gaz et turboréacteurs).